CC BY
66
Современные технологии - транспорту
111
Заключение
1. Проведенный аналитический и инструментальный анализ технического состояния наклонного хода станции «Приморская» показал:
• наибольшие осадки тюбинговой обделки тоннеля произошли в первые годы эксплуатации тоннеля, в некоторых местах осадка достигла 90 мм;
• к настоящему моменту осадки в основном стабилизировались и составляют приблизительно 164 мм (данные по плитам КИС, участок между 21-м и 12-м стыками ферм).
2. Работы, выполненные на первом этапе обследования технического состояния и оценки несущей способности конструкций наклонного хода станции «Приморская», позволили создать конечно-элементную модель с учетом результатов реального смещения прогонов и плит перекрытий коллектора наклонного хода и приступить к оценке напряженно-деформированного состояния тоннельной обделки.
Выражаем признательность за помощь и содействие в организации работ, консультационную поддержку начальнику службы тоннельных сооружений Е. Г. Козину, главному инженеру службы тоннельных сооружений Д. В. Кунцу, начальнику службы ТОИС Н. В. Тулиной.
Библиографический список
1. Гроздов В. Т. Оценка напряженного состояния изгибаемых элементов по их прогибу / В. Т. Гроздов // Дефекты зданий и сооружений. Усиление строительных конструкций : сб. статей. - СПб.: ВИТУ, 1999. - С. 25-26.
2. Путятин В. В. Сооружение наклонных ходов и вестибюлей Ленинградского метрополитена / В. В. Путятин, А. В. Тимофеев. - М.: Оргтрансстрой, 1957. - 157 с.
УДК 629.4.015 В. А. Кошелев
ГРУЗОВОЙ ВАГОН: СВЯЗИ, СКОРОСТЬ И СВОЙСТВО УСТОЙЧИВОСТИ НЕВОЗМУЩЕННОГО ДВИЖЕНИЯ
Приведены оценки влияния на свойство устойчивости невозмущенного движения грузового вагона как автоколебательной системы, характеристик связей между его частями: рамой тележки (колесными парами) и кузовом и ряда технологических несовершенств. Оценка проводилась по условию отрицательности вещественных частей всех собственных чисел матрицы, составленной из коэффициентов при обобщенных координатах в уравнениях движения нормальной формы. При ис-
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
112
Современные технологии - транспорту
следовании отыскивались величины критических скоростей, разделяющих поле скоростей на зоны устойчивого движения - скорости ниже критической, и неустойчивого - выше критической. Даны рекомендации по величинам характеристик названных связей, повышающих значения критических скоростей, что улучшает динамические свойства вагона до более высоких эксплуатационных скоростей.
грузовой вагон, автоколебательная система, связи, технологические несовершенства, устойчивость невозмущенного движения, динамические свойства, критическая скорость.
Введение
За последние десятилетия на железных дорогах России произошли значимые изменения: сужение ширины колеи, полный переход на тележки ЦНИИ-Х3 (18-100), повышение твердости металла рельсов и др. Они привели к непланируемым изменениям эксплуатационных показателей работы сети железных дорог. В частности, изменился профиль износа поверхности катания колес - снизился прокат и катастрофически вырос износ гребней колес. То же произошло и с износом рельсов [1].
Кроме того, резко увеличилось число сходов грузовых вагонов. При этом 70% сходов порожних вагонов происходит на скоростях движения свыше 60 км/ч. У вагонов в режиме загрузки брутто эта скорость ~40 км/ч и ниже [1].
Известно, что качество хода транспортного средства в значительной степени определяется свойством устойчивости невозмущенного движения в диапазоне эксплуатационных скоростей движения.
В связи с этим представляется актуальным ещё раз рассмотреть влияние на безопасность движения и износ гребней колес и боковых поверхностей рельсов зависимости динамических свойств от использования в колебательных режимах упругих свойств рессорных комплектов - их влияние на свойство устойчивости невозмущенного движения вагона как автоколебательной системы.
Изучение поставленных проблем в настоящей статье проведено методом математического моделирования с использованием оригинальных программных модулей и компьютерных возможностей.
1 Расчетные схемы и математические модели
1.1 Расчетные схемы
Для определения скоростей, до которых вагон как автоколебательная система обладает свойством устойчивости невозмущенного движения, использовались расчетные схемы, приведенные на рисунке 1.
Вагон по схеме рисунка 1, а имеет 7 степеней свободы: 3 для кузова -боковая качка (координата 0), боковой относ (координата у) и виляние
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
113
(координата и по 2 для каждой тележки - боковой относ (координаты Ут1,т) и виляние (координаты ^ Т1,2).
По этой схеме изучались условия устойчивости невозмущенного движения вагона как автоколебательной системы в диапазоне эксплуатационных и более высоких скоростей движения. Схема рисунка 1, б - детализация схемы рисунка 1, а. В исследовании принято, что в точках контакта колес с рельсами действуют силы крипа, определенные по Картеру [2].
а) б)
Рис. 1. Расчетные схемы для оценки свойства устойчивости невозмущенного движения грузового вагона: а - для построения общей математической модели; б - для построения зависимостей, определяющих силы крипа
1.2 Математические модели
Математическая модель вагона по схеме рисунка 1, а - система однородных обыкновенных дифференциальных уравнений четырнадцатого порядка. Её полностью представляют таблицы 1-4.
ТАБЛИЦА 1. Коэффициенты при обобщенных координатах в уравнениях движения
А1(8,1)= -4.*CY
А1(8,2)=4.*CY*H
А1(8,3)=-2.0*CY*(LK1-LK2)
А1(8,4)=2.*CY А1(8,5)=2.*CY
А1(9,2)=-(2.*CZ*(ВК1*ВК1+ВК2*ВК2)+ 4.*CY*H*H)
А1(9,3)=2.*CY*H*(LK1-LK2)
А1(9,4)=-2.*CY*H А1(9,5)=-2.*CY*H
А1(10,3)=-2.*CY*(LK1*LK1+LK2 *LK2)-4.*CX*BS*BS А1(10,4)=2.*CY*LK1 А1(10,5)=-2.*CY*LK2
A1(10,6)=2.*CX*BS*BS A1(10,7)=2.*CX*B5*BS A1(11,4)=-2.*CY A1(12,7)=4.*FY A1(13,6)=-(FX*((NU1*L1/Rl-NU3 *L3 /R3) *31+(NU2*L2/R2-NU4 *L4/R4) *32)+FY*(-L1-L2+L3+L4)+2.*CX*BS*BS) A1 (14,7)=-(FX*( (NU5*L5/R5-NU7*L7/R7)*51+(NU6*L6/R6-NU8*L8/R8) *S2)+FY*(-L5-L 6+L7+L8)+2.*CX*BS*BS) A1 (13,4)=-FX*( (NU1/R1+NU3/R3) *51 + (NU2/R2+WU4/R4)*S2)
A1 (14,5)=-FX*( (NU5/R5+NU7/R7) *51 + (NU6/R6+NU8/R8)*52)
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
114 Современные технологии - транспорту
ТАБЛИЦА 2. Коэффициенты при производных от обобщенных координат
в уравнениях движения
А1(0,0)= -4.*BY*V
А1(0,9)=4.*BY*H*V
А1(В,10)= -2.*BY*(LK1-LK2)*V
А1(0,11)=2.*В Y*V
А1(0,12)=2.*BY*V
А1 (9,9)=- (2.*BZ*(ВК1*ВК1+ВК2 *ВК2 ) +4.*BY*H*H)*V
А1(9,10)=2.*BY*H*(LK1-LK2)*V А1(9,11)=-2.*BY*H*V А1(9, 12)=-2.*BY*H*V А1(10,10)=(-4.*BTS*BS*BS-2.*BY*(LK1*LK1+LK2 *LK2 ) ) *V A1(10,11)=2.*BY*LK1*V
A1[10, 12)=-2.*BY*LK2*V A1(10,13)=2.*BTS*BS*BS*V A1(10,14)=2.*BTS*BS*BS*V A1(11,11)=-(4.*FY+2.*BY*V)
A1(11,13)=-FY*(L1+L2-L3-L4)
A1(12,12)=-(4.*FY+2.*BY*V)
A1(12,14)=-FY*(L5+L6-L7-L0)
A1(13,13)=-(2.*FX*(31*31+32*32)+ FY*(L1*L1+L2*L2-L3*L3-L4*L4)+
2.*BT3*B3*B3*V)
A1(14,14)=-[2.*FX*(S1*S1+S2*S2)+ FY*(L5*L5+L6*L6-L7*L7-L0*L0)+
2.*BTS*BS*BS*V)
Обозначения:
MM, IIX, IIZ - масса и осевые моменты инерции кузова;
M, IZ - масса и осевой момент инерции тележки;
LK1, LK2, BK1, BK2 - продольные и поперечные полубазы кузова;
CX, CY, CZ - коэффициенты жесткости рессорного комплекта (на одну сторону тележки);
DZ, DX, DY - коэффициенты относительного демпфирования кузова при линейных смещениях по осям;
BX, BY, BZ - коэффициенты "вязкого" трения рессорного комплекта (на одну сторону тележки);
H - положение ЦМ кузова над верхней опорной плоскостью рессорных комплектов;
Li - полубазы тележек, i = 1,2.. .8;
BTS, BS - коэффициенты "вязкого" трения и поперечная полубаза стабилизирующего устройства;
S, B - половина расстояния между кругами катания, половина расстояния между серединами шеек;
FX, FY - составляющие сил крипа, действующие по осям X и Y.
V - скорость движения;
Размерность: масса - т; длина - м; сила - кН; время - с.
ТАБЛИЦА 3. Матрица инерционных характеристик кузова и тележек
MM-V-V 2 3 4 5 6 7
2 IIX-V-V
3 IIZVV
4 M-V-V
5 M-V-V
6 IZVV
7 IZVV
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
115
ТАБЛИЦА 4. Уравнения движения в нормальной форме (схема заполнения матрицы коэффициентов при координатах и их производных)
Номер уравнения 1 У 2 0 3 y 4 yT 1 5 УТ 2 6 yT 1 7 yT 2 00 9 0' 10 y' 11 yT 1 12 yT 2 13 yT 1 14 yT 2
1 1
2 1
3 1
4 1
5 1
6 1
7 1
8 A1 (8,1) A1 (8,2) # # # A1 (8,8) A1 (8,9) # # #
9 A1 (9,2) # # # A1 (9,9) # # #
10 N=14 K1=8 K2=9 for J=1:6 forI=K2:N A1(I,J)=A 1(K1,I-7) end K2=K2+1 K1=K1+1 end # # # # # # # # # #
11 # # N=14 K1=8 K2=9 forJ=8:13 forI=K2:N A1(I,J)=A1(K1:I) end K2=K2+1 K1=K1+1 end # #
12 # # # #
13 # # #
14 # # #
2 Устойчивость невозмущенного движения вагона
2.1 Особенности конструкции тележки и свойство устойчивости невозмущенного движения вагона
Одним из основных свойств, определяющих процесс движения колесных пар в рельсовой колее, а следовательно и степень интенсивности износа колес и рельсов, является свойство устойчивости невозмущенного движения вагона как динамической автоколебательной системы. Устойчивость невозмущенного движения вагона зависит от его динамических характеристик, скорости движения, конструктивных и технологических несовершенств и др. В работах ПГУПС [3] показано, что полувагон на стандартных тележках типа ЦНИИ-ХЗ не обладает свойством устойчивости невозмущенного движения во всем диапазоне эксплуатационных скоростей при любой степени загрузки.
В тележке этого типа возвращающий момент упругих реакций пружин подвешивания (между надрессорной балкой и боковинами тележки) не может реализовываться в процессе движения вагона. Упругая деформа-
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
116
Современные технологии - транспорту
ция пружин вдоль оси вагона исключена за счет введения в конструкцию фрикционных клиньев для гашения колебаний кузова вагона, что, безусловно, необходимо. Однако динамические свойства вагона в результате этого существенно изменились не только в предусмотренном направлении. Вагон как автоколебательная система из-за этого потерял свойство устойчивости невозмущенного движения в диапазоне эксплуатационных скоростей.
В статье [4] Ф.М. Вериго приводит сведения: "Проведенные во ВНИИЖТе В. А. Ковалевым измерения динамических поперечных горизонтальных направляющих сил в контакте рельсов и гребней колес грузовых вагонов показали, что при любой постоянной скорости движения и на любом по длине отрезке пути, но в различных поездках, осциллограммы этих сил повторяются с высокой степенью точности. ... процесс изменения форм износа гребней и рельсов неуправляем". Из этой информации можно сделать вывод, что процесс взаимодействия колесо-рельс в значительной степени определяется динамическими свойствами вагона как автоколебательной системы, а именно свойством устойчивости невозмущенного движения. Потому-то он и не управляем средствами, от которых не зависит.
Движение одиночной колесной пары по рельсовому пути при учете сил крипа (псевдоскольжения) в пятнах контакта колес и рельсов, как известно, является неустойчивым на любой скорости. При соединении колесных пар с кузовом вагона (у двухосных вагонов) или рамой тележки (у четырех-, шести- и восьмиосных вагонов) с достаточными разбегами в продольном и поперечном направлениях неустойчивое движение колесных пар будет вызывать боковые колебания подрессоренных частей. Интенсивность этих колебаний определяется параметрами траектории каждой колесной пары и усиливается горизонтальной рельсовой неровностью. Энергия, вводимая при этом в колебательную систему - вагон (энергия локомотива), в резонансных режимах будет накапливаться, если работы сил трения в подвешивании будет недостаточно для её эквивалентного вывода.
Улучшение динамических качеств вагона достигается за счет упругого ограничения угловых смещений колесных пар относительно кузова или рамы тележки, т. е. введением упругих связей. Величины коэффициентов жесткости связей определяются на основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Р. Бишоп [5] описал эксперимент на соответствующих моделях, в ходе которого было доказано, что при движении с низкими скоростями тележка может сохранять устойчивую стабильность, но по достижении определенной критической скорости движение становится нестабильным. Применение средств демпфирования вращения тележки относительно шкворня оказывается малоэффективным в условиях движения с критическими скоростями. Существенное улучшение характеристик хода тележки может быть
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
117
обеспечено посредством пружинного устройства, способствующего сохранению необходимого положения тележки относительно его центра.
В настоящей работе оценка устойчивости невозмущенного движения вагона в определенном диапазоне скоростей проводилась по условию отрицательности (положительности) вещественных частей всех собственных чисел матрицы, составленной из коэффициентов при обобщенных координатах и их производных в уравнениях движения нормальной формы. При исследовании отыскивалась величина критической скорости, разделяющая поле скоростей на зоны устойчивого движения - скорости ниже критической - и неустойчивого - скорости выше критической.
Практически устойчивость невозмущенного движения означает, что при достаточно малых начальных возмущениях возмущенное движение сколь угодно мало отличается от невозмущенного (колесная пара будет двигаться в прямой без участия гребней). Если же невозмущенное движение неустойчиво, то возмущенное движение будет отходить от него, как бы малы ни были начальные возмущения (колесная пара будет удерживаться в колее только за счет гребней).
2.2 Полученные результаты и их анализ
Выполненные на основе приведенных выше расчетной схемы и её математической модели исследования привели к результатам, которые в графической форме представлены на рисунках 2 и 3.
а) б)
Рис. 2. Скорости потери устойчивости грузового вагона (цистерна, режим загрузки брутто) в зависимости от жесткости связей колесных пар и рамы тележки с кузовом (CTX - жесткость стабилизирующего устройства, CXN, CXK, CXS - его начальное, конечное значение, шаг (условно вводимая жесткость рессорного комплекта вдоль оси пути), CTY - номинальная жесткость рессорного комплекта поперек оси пути): а - малая жесткость стабилизирующего устройства; б - значительная жесткость стабилизирующего устройства
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
118
Современные технологии - транспорту
Графикам соответствуют динамические характеристики: M = 4,07 т, MM = 84,68, IZ = 6,13 т-м-м, IIX = 205,6 т-м-м, IIZ = 1829 т-м-м, CZ = 4425 кН/м, RR = 0,47 м, NU = 0,05, FX =10150 кН.
а)
б)
Рис. 3. Скорость потери устойчивости грузового вагона (цистерна, режим загрузки тара) в зависимости от жесткости связей колесных пар и рамы тележки с кузовом (CTX -жесткость стабилизирующего устройства, CXN, CXK, CXS - его начальное, конечное значение, шаг, CTY- номинальная жесткость рессорного комплекта поперек оси пути): а - малая жесткость стабилизирующего устройства; б - значительная жесткость стабилизирующего устройства
Графикам соответствуют динамические характеристики: M = 4,07 т, MM = 14,72 т, IZ = 6,13 т-м-м, IIX = 43,5 т-м-м, IIZ = 249 т-м-м, CZ = 4425 кН/м, RR = 0,47 м, NU = 0,05, FX = 9150 кН.
Пример результатов расчета приведен в таблице 5.
ТАБЛИЦА 5. Результаты расчета. Вагон с одноступенчатым подвешиванием -
цистерна брутто (мазут)
Оценка критической скорости движения вагона в зависимости от динамических характеристик и технологических несовершенств.
Исходные данные:
M=4.07, IZ=6.13, MM=14.72, IIX=43.5, IIZ=249.0, LK1=3.90, LK2=3.90,
BK1=1.02, BK2=1.02, CZ=4425.0,
CXN=150.0, CXK=1500.0, CXS=150.0,
CYN=800.0, CYK=8000.0, CYS=800.0,
RR=0.47, S=0.79, B=1.02, L=0.925, DB1=1.00, DB2=1.00, H=0.80,
FX=9150.0, FY=9150.0, VN=2.00, VK=70.00, VS=4.00, DS=0.25,
DR1=1.0, DR2=1.0, DR3=1.0, DR4=1.0, DR5=1.0, DR6=1.0, DR7=1.0, DR8=1.0,
DL1=1.0, DL2=1.0, DL3=1.0, DL4=1.0, DL5=1.0, DL6=1.0, DL7=1.0, DL8=1.0,
NU=0.05, BZ=0.00, BY=0.00, BTS=0.00, BS1=1.00, BS1=1.00,
DN1=1.0, DN2=1.0, DN3=1.0, DN4=1.0, DN5=1.0, DN6=1.0, DN7=1.0, DN8=1.0.
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту 119
Результаты расчета:
CX= .15000E+03 CY= .80000E+03 Движение устойчиво до скорости V= 39,6 км/ч Действительные части собственных чисел:
-74.274260 -74.274250 -30.789920 -30.789910 -.005793 -.005793 -.017826 -.017826 -.023595 -.023595
-.003193 -.003193 -.000319 -.000319
Собственные числа при скорости V= 43,2 км/ч Действительные части собственных чисел:
-62.403590 -62.403560 -25.872600 -25.872590 -.005830 -.005830 -.018162 -.018162 -.023995 -.023995
-.002247 -.002247 .000677 .000677
Обозначения:
CX, CY, CZ - коэффициенты жесткости рессорного комплекта (на одну сторону тележки);
V - скорость движения, добавление N, K, S означает начальное, конечное значения интервала и шаг его прохождения;
RR, NU, S, B, L, H - радиус колеса, уклон поверхности катания, половина расстояния между кругами катания, половина расстояния между серединами шеек, полубаза тележки, положение центра масс кузова над уровнем верхней опорной плоскости рессорных комплектов;
D - реализуемая доля обозначенных выше величин (например, DR1 = 1.0, DR2 = 0.95 означает, что радиус 1-го колеса (см. расчетную схему рис. 1) равен номиналу, а 2-го - 0,95 от номинала).
Задача решена для вариантов комбинаций динамических характеристик вагона на тележках типа ЦНИИ-ХЗ (18-100) стандартного исполнения со стабилизирующим устройством. Стабилизирующее устройство (СтабУ) -связи в расчетной схеме (увеличенное значение CX, см. расчетную схему), реализующие возвращающий момент упругих сил при вилянии тележки (координата ^), - введено потому, что при стандартном исполнении вагон не обладает свойством устойчивости даже на самых низких скоростях движения.
На практике обеспечить вагону на тележках 18-100 это свойство можно, например, за счет специального СтабУ, реализующего возвращающий момент упругих сил, возрастающих с увеличением угла поворота между надрессорной балкой (кузовом) и боковинами тележки.
По оси абсцисс графиков рисунков 2 и 3 отложены значения коэффициента жесткости рессорного комплекта при его деформации в поперечном направлении - CTY, а по оси ординат - значения скорости движения вагона. Десять кривых каждого графика соответствуют десяти постоянным значениям коэффициента жесткости рессорного комплекта при его деформации в продольном направлении - CTX. Значениям координат точек под каждой кривой (скорость движения и величины CTX, CTY) соответствует
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
120
Современные технологии - транспорту
состояние, при котором вагон как автоколебательная система обладает свойством устойчивости невозмущенного движения. Над кривой - то же, но при котором это свойство потеряно.
Прямоугольником на поле графиков выделены зоны, заслуживающие внимания ввиду того, что CTY = 4000 и 6000 кН/м являются значениями, реализованными в типовой тележке в порожнем и груженом режимах загрузки вагона соответственно.
Анализ приведенных графиков показывает, что при увеличении CTY в пределах от 1000 до 4000 кН/м критическая скорость движения, при превышении которой происходит потеря вагоном свойства устойчивости, возрастает незначительно, а в пределах от 4000 до 10 000 кН/м остается постоянной, если значение CTX мало. Это соответствует типовому исполнению тележки 18-100 (см. рис. 2, а и 3, а)).
Повышение CTX даже в незначительных пределах увеличивает эту скорость с 15 до 40 км/ч для груженого и с 20 до 60 км/ч для порожнего вагона. В типовом исполнении тележки даже такие значения CTX не реализованы, но желательны.
Если обеспечить упругую деформацию рессорных комплектов вдоль вагона, то получим результаты, приведенные на рисунках 2, б и 3, б.
Из этих результатов следует, что, даже реализовав между кузовом и боковиной тележки упругую связь с коэффициентом жесткости, в 2,7-4 раза меньшим жесткости рессорного комплекта, можно поднять критическую скорость до 120 км/ч для порожнего вагона и до 60 км/ч для груженого. Имеется возможность дальнейшего повышения этих критических скоростей.
Кроме того, в рамках поставленной задачи изучалось влияние на свойство устойчивости технологических несовершенств, в качестве которых рассматривались:
различия в величинах радиусов средних кругов катания колес;
различия в размерах продольных полубаз тележек;
различия конусности поверхностей катания колес.
Радиусы кругов катания с одной стороны 1-й тележки принимались меньше номинала на 10 мм. Размеры полубаз с одной стороны 1-й тележки меньше номинальных значений на 20 мм, что соответствует уменьшению базы с этой стороны на 40 мм. Конусности поверхностей катания колесных пар 1-й тележки увеличены в 1,1 и 1,2 раза по сравнению с номинальным значением. Величины динамических характеристик, принятые для расчетов, соответствуют полувагону в груженом (кузов массой 77 т) и порожнем (то же, 14 т) режимах.
Заключение
Анализ полученных результатов позволяет заключить: полувагон на тележках типа 18-100 в традиционном исполнении не обладает свойством
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
121
устойчивости невозмущенного движения во всем диапазоне эксплуатационных скоростей при любой степени загрузки.
Несовершенство типа увеличения конусности поверхностей катания колес на 10-20% снижает критическую скорость движения вагона на 6-8%. Несовершенства типа разности радиусов колес одной колесной пары до 10 мм и разности базы тележки с разных ее сторон до 40 мм существенного влияния на свойство устойчивости движения вагона не оказывают.
Вагону можно обеспечить свойство устойчивости невозмущенного движения во всем диапазоне эксплуатационных скоростей движения с помощью СтабУ и рациональных величин его характеристик.
СтабУ должно обеспечивать тележке вагона, получившей угловое смещение относительно оси шкворня, возвращающий момент упругих реакций, пропорциональный величине этого смещения. Величина коэффициента пропорциональности должна составлять не менее 1600-1800 кН/м.
В процессе движения вагона, обладающего свойством устойчивости невозмущенного движения в прямых участках пути, боковые поверхности пары колесо-рельс практически не должны соприкасаться. Ранее об этом свидетельствовал такой вид износа поверхности катания, как прокат и незначительный износ поверхностей гребня. Практика эксплуатации последнего десятилетия показывает значительное снижение доли проката и изменение формы износа обода с преимущественным износом гребня (тонкий гребень, остроконечный накат). Повышенный износ и остаточные деформации боковых поверхностей пары колесо-рельс являются свидетельством их интенсивного контактного взаимодействия со значительной силой нормального давления.
Учитывая отмеченное выше, можно предположить, что постепенная замена тележек МТ-50 на существующие (ЦНИИ-ХЗ, 18-100) привела к насыщению вагонного парка вагонами, не обладающими свойством устойчивости невозмущенного движения. И, как следствие этого, - к росту темпов интенсивности износа боковых поверхностей пары колесо-рельс.
Рекомендуемое введение стабилизирующего устройства позволило бы обеспечить вагону на тележках 18-100 свойство устойчивости до скоростей ~ 60 км/ч в груженом и ~ 120 км/ч в порожнем состоянии и снизить интенсивность износа боковых поверхностей пары колесо-рельс, а следовательно и расходы на ремонт и содержание вагонов в эксплуатации.
Итак, процесс взаимодействия колесо-рельс в значительной степени определяется динамическими свойствами вагона как автоколебательной системы, а именно свойством устойчивости невозмущенного движения, управлять которым можно только путем совершенствования конструкции тележки прежде всего за счет улучшения её динамических свойств: степени демпфирования её собственных форм колебаний и обеспечения устойчивости невозмущенного движения в диапазоне эксплуатационных скоростей движения.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
122
Современные технологии - транспорту
Это основной путь снижения интенсивности колебательных процессов вагонов, износов в контакте колесо-рельс и нарушений безопасности движения.
Библиографический список
1. Черкашин Ю. М. Использование результатов фундаментальных и прикладных исследований проблем взаимодействия подвижного состава и пути при решении задачи предотвращения схода колеса с рельса // Современные проблемы взаимодействия подвижного состава и пути. Колесо-рельс 2003 : сб. докладов научно-практич. конференции. - Россия, Щербинка, 2003.
2. Лазарян В. А. Динамика вагонов / В. А. Лазарян. - М.: Транспрт, 1964.
3. Кошелев В. А. Устойчивость движения вагона и износ рабочих поверхностей колес и рельсов / В. А. Кошелев, Л. И. Челнокова // Конструкционно-технологическое обеспечение надежности подвижного состава : сб. науч. тр. - СПб.: ПГУПС, 1994.
4. Вериго М. Ф. О взаимодействии пути и подвижного состава / М. Ф. Вериго // Железнодорожный транспорт. - 2001. - №5.
5. Барвелл Ф. Т. Автоматика и управление на транспорте / Ф. Т. Барвелл.- М.: Транспорт, 1990.
6. Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) / ГосНИИВ-ВНИИЖТ. - М., 1996.
УДК 621.331:621.311.004.18 А. С. Мазнев, А. М. Евстафьев
СНИЖЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОПОЕЗДЕ ОПТИМИЗАЦИЕЙ МЕТОДОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Железнодорожный транспорт является крупным потребителем энергоресурсов. Главным энергоносителем для тяги поездов в ОАО РЖД является электроэнергия. Энергетической стратегией железнодорожного транспорта предусмотрено создание мотор-вагонного подвижного состава с плавным регулированием скорости, обеспечивающим экономию электроэнергии до 10%.
экономия электроэнергии, плавный пуск, программируемый резистор, интегрированный блок управления тяговыми двигателями.
Введение
Анализ состояния локомотивного парка показал, что в настоящее время мо-тор-вагонный подвижной состав обладает высокой степенью износа и высокой энергоемкостью. Физический износ эксплуатируемых электропоездов превышает 70%. Наряду с капитальными затратами на приобретение подвижного состава и расходами на текущее содержание значительную часть составляют расходы на
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
